EVALUACIÓN DE ROCESOS DE EROSIÓN/SEDIMENTACIÓN EN EL...

RIOS 2005: Principios y Aplicaciones en Hidráulica de Ríos. H. D. Farias, J. D. Brea y R. Cazeneuve (Editores). ISBN 987-20109-4-3 (CD-ROM) &987-20109-5-1 (libro). Segundo Simposio Regional sobre Hidráulica de Ríos, Neuquén, Argentina, 2-4 nov. 2005.

1

EVALUACIÓN DE PROCESOS DE EROSIÓN/SEDIMENTACIÓN EN EL SISTEMA

HIDROLÓGICO DEL Aº LUDUEÑA

Pedro A. Basile(1),(3), Gerardo A. Riccardi (2),(3), Hernán Stenta(1),(3) y Marina Garcia(1),(3)

(1)CONICET, (2)CIUNR, (3)CURIHAM-FCEIA-UNRRiobamba 245 bis, (2000) Rosario, Argentina - Telefax: 0341 4808541

E-mail: [email protected] - Web: http://www.fceia.unr.edu.ar/ curiham

RESUMEN

En el presente trabajo se realiza el balance de sedimentos a escala temporal anual en el Sistema Hidrológico delAº Ludueña, considerando la erosión en la situación actual y el riesgo de erosión potencial. El balance realizadosimulando numéricamente ambos escenarios ha permitido establecer el orden de magnitud de los procesos desedimentación a largo plazo que se observan en algunos sectores de la cuenca, especialmente en la zona de lapresa de retención de crecidas y en la zona del entubamiento cercana a la desembocadura en el río Paraná. Laproducción de sedimentos en la cuenca es debida sustancialmente a la erosión superficial, mientras que lacontribución debida a la erosión lineal puede ser prácticamente despreciada. Las estimaciones de erosiónefectuadas han mostrado una mayor producción de sedimentos en las zonas de las cabeceras respecto a laproducción en las zonas próximas a la salida de la cuenca. Para los dos escenarios simulados la capacidad dealmacenamiento de la presa de retención de crecidas no se ve sustancialmente afectada debido al proceso desedimentación a largo plazo. En cambio, el sistema de conductos puede experimentar un severo proceso desedimentación.

ABSTRACT

Herein the sediment budget at annual time scale for the Ludueña Creek watershed is presented. The sedimentbudget was performed by considering the assessment of current soil erosion losses as well as the assessment ofpotential soil erosion risk in the hydrological system. For both simulated scenarios it was possible to estimatethe order of magnitude of sedimentation processes in different areas of the basin. Particularly, in the area of theexisting flood retention dam and in the zone of the conduits close to the outlet of Ludueña Creek in the ParanáRiver. Sediment yield in the basin is mainly due to surface soil erosion, while the contribution of linear erosioncan be neglected. The soil erosion assessment has shown that the sediment yield from the upper part of thebasin is greater than the corresponding sediment yield in the lower part. For both scenarios (current soil erosionand potential soil erosion risk) the storage capacity of the flood retention dam is not affected by thesedimentation processes. Instead, the system of conduits can be subjected to a severe sedimentation processes.

INTRODUCCIÓN

Los procesos de erosión debido al flujo hídrico se pueden dividir en procesos de erosiónsuperficial (o erosión en láminas) y en procesos de erosión lineal (o erosión canalizada). Taldistinción se relaciona con la conocida división que se hace en Hidrología entre el flujosuperficial mantiforme sobre el terreno y el flujo encauzado. Mientras el flujo mantiforme esresponsable de la erosión superficial, extendida sobre toda la superficie de la cuenca; el flujoencauzado es responsable de la erosión lineal del lecho y de las márgenes a lo largo de loscursos de agua (Basile, 2004a).

La erosión superficial se produce por el impacto directo de las gotas de lluvia sobre el suelo(no adecuadamente protegido por vegetación) que origina el desmenuzamiento o disgregaciónde las partículas, las cuales son posteriormente transportadas por el flujo mantiforme hasta quese depositan en alguna depresión del terreno o alcanzan la red hidrográfica. La erosión lineal se


2

vincula con la tensión de corte sobre el fondo que ejerce el flujo hídrico encauzado y con lascaracterísticas sedimentológicas del cauce. Además, la erosión del fondo y del pié de margen(entre otros factores) pueden dar lugar a procesos de colapsos masivos debido a inestabilidadgeotécnica de las márgenes (Basile, 2005).

Consecuentemente, la erosión hídrica superficial, además de inducir una disminución deproductividad de los suelos cultivables, produce un aumento de sedimentos en suspensión enlos cursos de agua. Por otro lado, parte de los sedimentos producidos por erosión superficial ylineal están destinados a depositarse en embalses, cauces, planicies de inundación, etc..Asimismo, los sedimentos finos erosionados y transportados pueden adsorber sustanciascontaminantes (metales pesados, hidrocarburos poliaromáticos, pesticidas, etc.) convirtiendolas vías de drenaje y las zonas de deposición en reservorios de sedimentos contaminados(Basile et al., 2005).

El objetivo principal del presente trabajo es realizar el balance de sedimentos medio anual en elSistema Hidrológico del Aº Ludueña, a los efectos de establecer el orden de magnitud de losprocesos de erosión superficial a nivel de cuenca, redepositación interna, erosión de lecho,erosión de márgenes, sedimentación a largo plazo en la presa de retención de crecidas,sedimentación en la zona del entubamiento e ingresos de sedimentos al río Paraná.

ÁREA DE ESTUDIO

Descripción del Sistema Hidrológico del Aº Ludueña

La cuenca del A° Ludueña se encuentra ubicada en el sur de la provincia de Santa Fe(Argentina) y comprende parte de la ciudad de Rosario y un grupo de 8 poblaciones (verFigura 1). Su red de cursos permanentes y transitorios tiene una longitud de aproximadamente120 km y se desarrolla sobre cauces de suelos cohesivos altamente resistentes a la erosióninducida por el flujo encauzado. El área de la cuenca es de 717 km2, con una pendiente mediade 1 ‰. La sección de control corresponde al cruce del arroyo con el puente de la Av. deCircunvalación de la ciudad de Rosario. El caudal medio anual es de 2,7 m3/s, habiéndoseobservado caudales picos del orden de los 400 m3/s durante la crecida del año 1986. Además,la cuenca presenta una serie de intervenciones antrópicas tales como terraplenes de rutas yferrocarriles, alcantarillas, puentes, presa de retención de crecidas, etc. La cuenca del AºLudueña propiamente dicho se desarrolla casi enteramente al sur de la Ruta Nacional Nº 9(RN9). Mientras que, al norte de dicha ruta se desarrolla el sistema formado por el canalIbarlucea y el canal Salvat. La presa de retención de crecidas se ubica aproximadamente 1 kmaguas arriba de la intersección del Aº Ludueña con la RN9. El área de aporte que delimita elcierre de la presa es de 440 km2 aproximadamente. En inmediaciones del cruce del Aº Ludueñacon la Av. de Circunvalación de Rosario (6 km aguas abajo de la intersección con la RN9) elarroyo recibe el aporte de la cuenca del canal Ibarlucea (sistema formado por el canal Ibarluceay el canal Salvat) cuya área de aporte es de aproximadamente 240 km2. Aguas abajo de la Av.de Circunvalación el Aº Ludueña recorre zonas densamente pobladas de la ciudad de Rosariohasta desembocar en el río Paraná. En parte de este recorrido urbano el arroyo se encuentraentubado.


3

Problemática Asociada a la Producción de Sedimentos en la Cuenca del Aº Ludueña

Los sedimentos erosionados en la cuenca, además de degradar la potencialidad productiva delos suelos, contribuyen con los procesos de sedimentación que se verifican en las zonas de lapresa de retención de crecidas y en las zonas de los entubamientos del arroyo Ludueña en laciudad de Rosario. En efecto, parte de los sedimentos generados en la cuenca del Aº Ludueñapropiamente dicho son retenidos por la presa y contribuyen con el proceso de sedimentación alargo plazo del vaso de la misma. Hasta el presente no se han realizado evaluaciones del aportesólido, ni relevamientos de cantidad y calidad de los sedimentos retenidos en la presa.

Por otra parte, los sedimentos que logran pasar a través de las estructuras de descarga de lapresa y los sedimentos generados en el sector de la cuenca comprendido entre la presa y la Av.Circunvalación se suman a los sedimentos producidos por la cuenca del canal Ibarlucea. Dichacarga sólida ingresa a la zona de los entubamientos del Aº Ludueña en la ciudad de Rosario,localizados aproximadamente 2 km aguas arriba de la desembocadura en el río Paraná. Estaúltima zona funciona como una suerte de embalse, espontáneamente regulado por lasfluctuaciones de niveles hidrométricos del río Paraná, lo cual induce la deposición de una partede los sedimentos que ingresan, mientras que, la parte restante se descarga en el río Paraná. Enesta zona la única información disponible se refiere a mediciones y estimaciones globales delvolumen de sedimentos depositados en un período de aproximadamente 8 años (Saucedo yScuderi, 2003). Esta información, si bien escasa, es muy importante para validar el modelo deerosión a nivel de cuenca y establecer el orden de magnitud del proceso de sedimentación alargo plazo que se está desarrollando en la presa de retención de crecidas y en el sistema deconductos.

EVALUACIÓN DE PROCESOS DE EROSIÓN LINEAL

Erosión del Lecho

A los fines de evaluar el aporte correspondiente a los procesos de erosión debido al flujoencauzado se utilizó información topobatimétrica, hidrológica y de característicassedimentológicas del cauce en diferentes secciones transversales del arroyo. Se analizóprincipalmente la evolución temporal del cauce en un tramo de aproximadamente 1 km delongitud ubicado entre la presa de retención de crecidas y la RN9. El material constitutivo delcauce es una asociación de limos y arcillas (> 95%). En su gran mayoría se trata de suelostipificados como ML y CL, con baja plasticidad (IP = 8% a 10%), con concentración decalcáreos y consistencia firme. El ángulo de fricción interna varía entre 15º y 30º, mientras quela cohesión varía entre 39 kPa y 88 kPa.

De la comparación efectuada entre las secciones transversales relevadas al final del período deanálisis (1995) y las correspondientes al inicio (1987) se observa que las mismas sonprácticamente idénticas, es decir, se han mantenido estables sin sustanciales alteraciones.Tratándose de suelos fuertemente cohesivos puede aseverarse que las secciones transversalesno han sufrido procesos erosivos significativos que pudieran haber sido compensados conprocesos de sedimentación durante dicho período. Por lo tanto, se utilizó la informaciónhidrológica para deducir indirectamente los parámetros de los predictores de erosión en suelos


4

cohesivos de Fuerza tractiva, Rossinsky y Lischtvan-Lebedieb (Riccardi et al., 2005).

Conocidos los caudales máximos que transitaron por el tramo y conocida la erosión producidamediante los relevamientos de la sección transversal antes y después del tránsito de caudalesfue posible deducir los parámetros de las formulaciones de predicción de erosión del lecho. Elperíodo de tiempo considerado fue de 9 años y consistió en una serie temporal, de 1986 a1995, en la cual la serie de caudales fue reconstruida mediante transformación lluvia-caudal,contando con la serie completa de lluvias y series parciales de alturas y caudales. Debido aldesborde que se produce para caudales máximos superiores a los 70 m3/s - 80 m3/s lareconstrucción de los perfiles de flujo se realizó utilizando un modelo cuasi-bidimensional(Riccardi, 2000).

El ajuste de los predictores de erosión se planificó de modo tal de lograr que la sucesión decaudales máximos estimados produjeran sucesivas erosiones que culminaban en la erosiónfinal observada. Al constatarse que no hubo un proceso de erosión generalizado se procedió aajustar los predictores de modo tal que al paso de la mayor crecida registrada durante elperíodo (caudal máximo Qmáx =176 m3/s) se produjera la erosión observada (nula en la mayoríade las secciones).

En la Tabla 1 se presentan los resultados del ajuste de los predictores de erosión mencionadosanteriormente para cada una de las secciones transversales analizadas. En el caso de fuerzatractiva la tensión admisible máxima soportada fue de 35,9 N/m2

. La aplicación del predictor deerosión de Rossinsky determinó un valor de la velocidad máxima sin erosión para laprofundidad h=1 m de 1,54 m/s. En el caso de la formulación de Lischtvan-Lebediev elcoeficiente CLL máximo es 0,91. Cabe destacar que el valor máximo no significanecesariamente que si se superan las velocidades deducidas a partir de estos parámetros seproduzca erosión. El valor hallado indica que, aún en situación de máximo caudal circulantepor la sección, en los 9 años no se ha producido una erosión generalizada en el tramo nitampoco indicios de erosión incipiente del lecho. Tal comportamiento es similar al observadoen otras secciones localizadas en diversas zonas de la cuenca del Aº Ludueña.

Erosión de Márgenes debido a Mecanismo de Colapso Masivo

La información topobatimétrica analizada tampoco puso en evidencia procesos de colapsosmasivos de márgenes. Por lo tanto, a los efectos de analizar el grado de estabilidad de lasmárgenes se utilizó el modelo derivado por Basile (2005) a partir de la modificación delmodelo de Osman y Thorne (1988).

En la Tabla 2 se presentan las características topográficas y geotécnicas de las márgenes paracada una de las secciones transversales estudiadas. El modelo se aplicó considerando cuatrosituaciones típicas que se plantean durante el tránsito de la onda de crecida en el tramoconsiderado:

• Situación I : profundidad en la sección h = 0 y margen seca,• Situación II : profundidad en la sección h = 0,5 Z0 y margen parcialmente saturada,• Situación III: profundidad en la sección h = Z0 y margen saturada,• Situación IV: profundidad en la sección h = 0 y margen saturada.


5

La situación I se corresponde con la fase inicial, antes que comience la fase de crecimiento decaudales. En este caso la presión de confinamiento que ejerce el curso es nula y se asume,además, que la margen en esta situación se encuentra seca. La situación II se corresponde conuna condición intermedia entre la fase inicial de crecimiento de caudales y el pico delhidrograma. La situación III pude presentarse durante el tránsito del caudal pico, es decir,cuando la presión de confinamiento es máxima y la margen se encuentra saturada. Mientrasque, la situación IV se observa cuando la crecida ya ha transitado por la sección. En estaúltima situación la presión de confinamiento ejercida por la profundidad del agua en el curso estotalmente sustraída y la margen permanece todavía saturada por la alimentación previa delcurso y de la eventual lluvia local.

En la Tabla 3 se exponen los valores calculados del factor de seguridad, en función de lasdistintas situaciones planteadas y para cada una de las secciones transversales analizadas. Seobserva que, en todos los casos, el mismo es mucho mayor que la unidad, lo cual evidencia quelas mismas son sumamente estables. Esto es debido sustancialmente a los valoresextremadamente elevados que presenta la cohesión del material que constituye las márgenes.El factor de seguridad muestra un aumento progresivo, alcanzando el valor máximo en lasituación III y descendiendo posteriormente a su valor mínimo en la situación IV.

En la Tabla 4 se presentan los valores calculados del Factor de seguridad para cada una de lassecciones transversales, en función de ángulos hipotéticos de margen y considerando lasituación IV, es decir, la situación más desfavorable para la estabilidad de la margen. Seobserva que, aún en esta situación, las márgenes resultan estables inclusive para ángulos de90º.

EVALUACIÓN DE PROCESOS DE EROSIÓN SUPERFICIAL

A los efectos de evaluar la erosión superficial se utilizó el modelo EROSUP-U (Basile, 2004b;Basile et al., 2005) basado en la ecuación universal de pérdida de suelos (EUPS), la cualresulta apropiada para estimar la erosión superficial media anual a largo plazo, es decir,integrada o promediada en un período de 10 o más años (Wischmeier et al., 1978).

Cabe señalar que la EUPS es una ecuación empírica, que estima exclusivamente la producciónde sedimentos por erosión superficial, es decir, no contempla los procesos de erosión del flujoencauzado (erosión de lecho y márgenes) ni obviamente procesos de remoción en masa(deslizamientos, flujos de detritos, flujos de barro, etc.). Estos últimos es imposible que severifiquen en la cuenca del Aº Ludueña ya que se trata de un sistema hidrológico de llanura.Por otra parte, el aporte correspondiente a los procesos de erosión debido al flujo encauzadopuede considerarse despreciable, tal como surge del análisis realizado precedentemente.

A los fines del análisis de los procesos de erosión superficial la cuenca fue dividida en 28subcuencas (ver Figura 2). La mayoría de las subcuencas se dividieron a su vez en sub-subcuencas. En el trazado de las subcuencas se adoptó el criterio de materializar unidadeshomogéneas desde el punto de vista geomorfológico e hidrológico.

Para implementar el modelo se utilizó información pluviográfica de la estación Rosario


6

Aeropuerto y pluviométrica de la Estación Zavalla, correspondientes al período 1986-1998. Laerosionabilidad del suelo se determinó utilizando datos sobre las características texturales delos suelos de la cuenca, derivados de cartas de suelos del INTA. En la Tabla 5 se presentan lascaracterísticas texturales y el contenido de materia orgánica de cada una de las series de suelosbásicas presentes en la cuenca. Los parámetros geomorfológicos para cada subcuenca sedeterminaron a partir de información digitalizada de curvas de nivel con equidistancia de 2,5m, red de cursos permanentes y temporarios en CAD.

Los valores promedios del factor asociado a la cobertura vegetal (C) se determinaron enfunción de datos de NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) utilizando la relaciónpropuesta por Van de Knijff et al. (1999). Las imágenes satelitales fueron procesadas en mapasde Indice Diferencia Normalizada de Vegetación mediante rutinas internas de IDRISI(Zimmermann, 2002).

Para caracterizar las diversas prácticas de manejo y para estimar la erosión superficial actual seespecificó un valor promedio del factor de prácticas conservacionistas (P) igual a 0,6 para cadasubcuenca. Mientras que, para estimar el riesgo de erosión superficial potencial el mismo seespecificó igual a la unidad.

RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE SEDIMENTOS.BALANCE SÓLIDO MEDIO ANUAL

En la Tabla 6 se presentan los valores de producción bruta y producción neta de sedimentospara cada subcuenca, estimados considerando la erosión actual y el riesgo de erosión potencial(C=1 y P=1). De acuerdo a la clasificación de Wischmeier et al. (1978) los valores estimadosde erosión actual para cada subcuenca son bajos (valores de A menores que 448 (T/km2/año)).Sin embargo, es necesario señalar que se trata de valores medios anuales a largo plazo yademás valores medios areales. Por otra parte, utilizando la misma clasificación, los valoresestimados considerando el riesgo de erosión potencial resultan altos (valores de A mayores que1121 (T/km2/año)). En ambos casos se observa una producción bruta específica de sedimentosligeramente menor en la zona baja de la cuenca respecto a la producción en la zona media yalta.

Balance Sólido Medio Anual Considerando Erosión Actual

En la Figura 3 se presenta el balance medio anual de sedimentos en el Sistema Hidrológico delAº Ludueña, considerando el proceso de erosión actual. La cuenca del Aº Ludueñapropiamente dicho con cierre en la presa de retención de crecidas presenta una producciónbruta de 81560 T/año, una deposición interna de 63640 T/año y un ingreso de sedimentos a lapresa de 17920 T/año. La eficiencia de retención de sedimentos media a largo plazo de lapresa, estimada en función del método de Churchill, es de 25 % aproximadamente (pasa el 75%). Por lo tanto, en la presa se estima una sedimentación media anual a largo plazo de 4480T/año. Realizando un pronóstico de sedimentación, considerando según Lane y Koelzerembalse normalmente vacío y sedimento en ingreso con una composición de 50 % de arcilla,47 % de limo y 3 % de arena fina, se obtiene una pérdida de volumen de aproximadamente0,35 Hm3 al cabo de 100 años.


7

Por otra parte, el 75 % del sedimento que pasa a través de la presa representa una erogaciónde 13440 T/año. Suponiendo una lámina de escurrimiento medio anual de 120 mm, distribuidauniformemente en la cuenca, se obtiene una concentración media anual a largo plazo de 255ppm inmediatamente aguas abajo de la presa. La cuenca del canal Ibarlucea contribuye con unaproducción neta de 11760 T/año, mientras que, la generada en el sector comprendido entre lapresa y la Av. Circunvalación es de 460 T/año. Por lo tanto, la cantidad de sedimentos queingresa al sistema de conductos es de 25660 T/año. Suponiendo la misma lámina deescurrimiento mencionada más arriba, la correspondiente concentración de sedimentos mediaanual a largo plazo que ingresa al sistema de conductos es de 298 ppm.

La eficiencia de retención de sedimentos media en el sistema de conductos, estimada enfunción del método de Churchill, es de aproximadamente 20% (pasa el 80%). Por lo tanto, seestima una sedimentación media anual a largo plazo de 5130 T/año. La sedimentaciónobservada en un período de 8 años es de aproximadamente 30500 m3. Adoptando, según Laney Koelzer, embalse con normalmente considerables descensos de nivel y composición desedimento igual a la mencionada anteriormente, se obtiene una deposición media observadapara el período de 4380 T/año, es decir, aproximadamente el 85% del valor estimado medianteel modelo. El ingreso de sedimentos al río Paraná es de 20530 T/año.

Balance Sólido Medio Anual Considerando Riesgo de Erosión Potencial

En la Figura 4 se presenta el balance medio anual de sedimentos en el Sistema Hidrológico delAº Ludueña, considerando el riesgo de erosión potencial (C=1, P=1). La producción neta desedimentos que ingresa a la presa es de 251100 T/año. En este caso, asumiendo que la presatiene la eficiencia de retención de sedimentos media a largo plazo mencionada anteriormente,se estima una deposición de sedimentos media anual a largo plazo de 62780 T/año. Realizandoun pronóstico de sedimentación, bajo las mismas hipótesis señaladas más arriba, se obtiene unapérdida de volumen de aproximadamente 4,9 Hm3 al cabo de 100 años. El volumen delembalse correspondiente a la cota de 30 m IGM es de 71,32 Hm3. Consecuentemente seobserva que, aún en este caso de aporte sólido extraordinario, la capacidad de almacenamientono se vería significativamente disminuida ya que la pérdida de capacidad seríaaproximadamente igual al 7 % del volumen correspondiente a la cota 30 m IGM (la cota decoronamiento es 32,5 m IGM).

La salida de sedimentos de la presa es de 188320 T/año. Suponiendo una lámina deescurrimiento medio anual de 120 mm, distribuida uniformemente en la cuenca, se obtiene unaconcentración media anual a largo plazo de 3580 ppm inmediatamente aguas abajo de la presa.La cuenca del canal Ibarlucea contribuye con una producción neta de 176700 T/año, mientrasque, la generada en el sector comprendido entre la presa y la Av. Circunvalación es de 38530T/año. Por lo tanto, la cantidad de sedimentos que ingresa al sistema de conductos es de403550 T/año. Suponiendo la misma lámina de escurrimiento mencionada más arriba, lacorrespondiente concentración de sedimentos media anual a largo plazo que ingresa al sistemade conductos es de 4690 ppm, es decir, casi 16 veces mayor que la estimada en el caso deerosión actual. Por lo tanto, en este caso, en el sistema de conductos la situación es críticapues, si bien podría alcanzarse un cierto equilibrio, la deposición de 80710 T/año sería detodos modos excesiva. El ingreso de sedimentos al río Paraná es de 322840 T/año.


8

CONCLUSIONES

Con referencia a los procesos de erosión lineal, debido al flujo encauzado, el tramo estudiadono muestra procesos de erosión generalizada de lecho ni colapsos masivos de márgenes, talcomo surge de la comparación de los relevamientos topobatimétricos realizados entre los años1987 y 1995. Esto indica que los valores derivados de tensión de corte sobre el lecho yvelocidades no necesariamente son umbrales máximos de resistencia sino que existe laprobabilidad de que sean superados.

En lo que respecta a los predictores de erosión de lecho (Fuerza Tractiva y Rossinsky) si bienlos valores derivados se encuentran dentro de los rangos establecidos en la literatura, puedeafirmarse que son, en general, superiores a los que se fijan para limos arcillosos de bajaplasticidad. Efectivamente, para arcillas pesadas muy compactas el valor límite máximo detensión de corte es de 33 N/m2 (Chow, 1994). Por otro lado, para suelos limo-arcillososcompactos la velocidad sin erosión para h=1 m recomendada es de 1,20 m/s (Rossinsky et al.,1950).

En relación a la erosión de márgenes por colapso masivo, los factores de seguridad calculadospara las distintas situaciones consideradas son mucho mayores que la unidad. Esto indica quelas mismas son sumamente estables, debido sustancialmente a los elevados valores de lacohesión. En efecto, aún en la situación más desfavorable desde el punto de vista de laestabilidad (situación IV: margen saturada y presión de confinamiento nula) las márgenespueden adoptar ángulos hipotéticos inclusive de 90º y continuar estables, con valores mínimosdel factor de seguridad entorno a 2 (sección transversal S23) y un valor máximo de 9,2(margen derecha de la sección transversal S21).

La producción de sedimentos media anual a largo plazo en el Sistema Hidrológico del AºLudueña se relaciona principalmente con el proceso de erosión superficial. Se evaluó elproceso de erosión superficial actual como así también el riesgo de erosión superficialpotencial. Se realizaron los balances de sedimentos para ambos escenarios, los cualespermitieron establecer el orden de magnitud relativo de los procesos de sedimentación a largoplazo que experimentan la presa de retención de crecidas y el entubamiento del arroyo en laciudad de Rosario, estimándose además el correspondiente ingreso de sedimentos al ríoParaná.

En los dos escenarios simulados (erosión actual y potencial) la capacidad de almacenamientode la presa de retención de crecidas no se ve sustancialmente afectada por el proceso desedimentación a largo plazo. Sin embargo, el sistema de conductos puede experimentar unsevero proceso de sedimentación, razón por la cual deberían adoptarse medidas para la gestióny control de sedimentos en el área de estudio.

Agradecimiento. El presente trabajo ha sido desarrollado en el marco de los proyectos PID ING95 de laUNR. y PIP 5308 del CONICET. Nuestro agradecimiento a todas las instituciones que han colaborado con elapoyo financiero y/o logístico.


9

LISTA DE SÍMBOLOS

Ai : producción bruta específica de sedimentos de la i-ésima subcuencaA i : producción bruta de sedimentos de la i-ésima subcuencac : cohesión del suelo del lecho y márgenesCLL: coeficiente en formulación de Lischtvan-LebedievFs : factor de seguridad al colapso masivo de margenFi : área de la i-ésima subcuencaMI : margen izquierdaMD : margen derechaMO : contenido de materia orgánica en suelos de la cuencap : porosidad del suelo de margenSYi : producción neta específica de sedimentos de la i-ésima subcuencaSY i : producción neta de sedimentos de la i-ésima subcuencaUe h=1 m : velocidad no erosiva para profundidad de flujo h = 1 mZ0 : altura de la margenα : ángulo de la margen respecto a la horizontalγsat : peso específico saturado del suelo de margenφ : ángulo de fricción interna del suelo de margenτadm : tensión de corte admisible sobre el lecho

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Basile, P.A. (2004a). Geomorfología e Hidráulica Fluvial. Capítulo 1: “El Sistema Fluvial”,ICD-0303, Centro Universitario Rosario de Investigaciones Hidroambientales, FCEIA-UNR.

Basile, P.A. (2004b). “Modelo Matemático para Pronóstico de Erosión Superficial MediaAnual a Escala de Cuenca: EROSUP-U”. Informe técnico interno ICI-0104, CentroUniversitario Rosario de Investigaciones Hidroambientales, FCEIA-UNR.

Basile, P.A. (2005). “Modelación de la Erosión de Márgenes por Mecanismo de ColapsoMasivo Asociado a Falla Plana”. XX Congreso Nacional del Agua, Mendoza. Libro deresúmenes y CD-ROM. ISBN 987-22143-0-1.

Basile, P.A.; Riccardi, G.A. y Stenta, H. (2005). “Modelación de la Producción deSedimentos a Escala de Cuenca en el Sistema del Aº Ludueña, Santa Fe, Argentina”. XXCongr. Nacional del Agua, Mendoza. Libro de resúmenes y CD-ROM. ISBN 987-22143-0-1.

Chow, V. T. (1994). Hidráulica de los Canales Abiertos. McGraw-Hill Interamericana,Colombia.

Osman, A.M. y Thorne, C.R. (1988). “Riverbank Stability Analysis. I: Theory”. Journal ofHydraulic Engineering, ASCE, Vol. 114, pp. 134-150.

Riccardi, G.A. (2000). “Un Sistema de Simulación Hidrológica-Hidráulica Cuasi-2DMulticapa para Ambientes Rurales y Urbanos”. XIX Congreso Latinoamericano de Hidráulica,Córdoba, Argentina. Tomo II, pp.159-168.


10

Riccardi, G.A.; Basile, P.A.; Stenta, H.; Riesco, G. y Baglietto, P. (2005). “AjusteRegional de Predictores de Erosión en Lechos Cohesivos”. XX Congreso Nacional del Agua,Mendoza. Libro de resúmenes y CD-ROM. ISBN 987-22143-0-1.

Rossinsky, K. I. y Kuz'min, I. (1950). Vnutrennie Techeniya Rechhykh Potokov [CorrientesInternas en Ríos]. En Gidrologicheskie osnovy rechnoi gidrotekhniki, Akademii Nauk SSSR,Moscú.

Saucedo, I. y Scuderi, C. (2003). “Limpieza del conducto Aliviador 2 y de la platea dedesembocadura – Aº Ludueña”. Proyecto Final Carrera de Ingeniería Civil, FCEIA, UNR.Tomos I y II.

Van der Knijff, J. M.; Jones, R.J.A. y Montanarella, L. (1999). “Soil Erosion RiskAssessment in Italy”. European Soil Bureau. Joint Research Center of the EuropeanCommission.

Wischmeier, W. H. y Smith, D.D. (1978). “Predicting Rainfall Erosion Losses – A Guide forConservation Planning”. U.S. Department of Agriculture, Agriculture Handbook 537.

Zimmermann, E. (2002). “Informe Anual Carrera de Investigador Científico – CONICET”.Centro Universitario Rosario de Investigaciones Hidroambientales, FCEIA, UNR.

SA

NTA

FE

Ca. del Aº Ludueña

Aº LUDUEÑA

ROSARIO

SA

NTA

FE

Ca. del Aº Ludueña

PRESA DERETENCION

ENTUBAMIENTO

C. SALVAT

C. IBARLUCEA

RUTA Nº 9

RUTA Nº 34

RU

TA

AO

12

RUTA Nº 33

RIO

PARANA

ARGEN

TINA

Figura 1.- Sistema Hidrológico del Arroyo Ludueña, Santa Fe, Argentina.


11

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

Divisoria Subcuencas

Divisoria Sub-Subcuencas

Estación Rosario Aeropuerto

Cursos de Agua

ROSARIO

RIO

PAR

AN

A

Presa de Retención

Estación Zavalla

Av.

CIR

CU

NV

ALA

CIO

N

Figura 2.- Delimitación de subcuencas y sub-subcuencas en el Sistema Hidrológico del Aº Ludueña.

Tabla 1.- Resultados de ajuste de predictores de erosión del lecho.Sección Transversal Valores

Predictor S17 S18 S19 S20 S21 S22 S23 Mín. Med. Máx.

Fuerza Tractiva

ττττadm (Pa)35,5 25,3 26,7 28,6 35,9 23,9 22,9 22,9 28,4 35,9

RossinskyUe h=1 m (m/s)

1,54 1,28 1,33 1,40 1,52 1,24 1,24 1,24 1,37 1,54

Lischtvan-LebedievCLL

0,91 0,76 0,78 0,82 0,90 0,73 0,73 0,80 0,91 0,73


12

Tabla 2.- Características topográficas y geotécnicas de las márgenes.Sección Zo αααα c φφφφ γγγγsat p

transversal (m) ( º ) (kPa) ( º ) (kN/m3) ( - )S17 MI 2,52 26,8 57,8 26,0 17,6 0,502

MD 2,07 27,4 57,8 26,0 17,6 0,502S18 MI 2,41 50,3 49,0 22,4 18,1 0,475

MD 1,90 43,5 49,0 22,4 18,1 0,475S19 MI 1,44 35,8 35,3 27,3 18,4 0,451

MD 1,83 42,5 35,3 27,3 18,4 0,451S20 MI 2,18 36,0 30,4 28,7 18,7 0,431

MD 2,38 30,8 30,4 28,7 18,7 0,431S21 MI 2,61 27,6 73,5 25,4 16,8 0,553

MD 2,12 46,7 73,5 25,4 16,8 0,553S22 MI 2,89 32,2 82,3 24,2 18,3 0,457

MD 2,50 39,8 82,3 24,2 18,3 0,457S23 MI 2,49 31,9 21,6 26,4 17,7 0,498

MD 2,67 33,7 21,6 26,4 17,7 0,498

Tabla 3.- Factor de seguridad en función de las distintas situaciones planteadas.Sección Factor de seguridad (Fs)

transversal I II III IV

S17 MI 525,0 536,9 932,9 378,3 MD 369,2 375,8 645,2 265,9

S18 MI 16,8 17,1 28,8 12,3 MD 27,1 27,7 46,1 20,0

S19 MI 53,5 55,4 93,6 40,5 MD 25,2 26,1 44,5 19,0

S20 MI 33,9 35,9 63,0 26,0 MD 99,9 106,8 191,4 77,1

S21 MI 267,9 266,6 466,5 181,4 MD 41,2 40,7 69,8 27,8

S22 MI 67,3 69,2 115,6 50,6 MD 42,9 44,0 72,8 32,3

S23 MI 31,4 33,1 62,2 22,5 MD 22,7 23,9 45,2 16,2

Tabla 4.- Factor de seguridad en función de ángulos hipotéticos de margen, considerando situación IV.Sección Factor de seguridad (Situación IV)

transversal α=35º α=40º α=45º α=60º α=75º α=90º

S17 MI 37,8 25,5 19,4 11,5 8,0 5,9 MD 45,9 31,0 23,6 13,9 9,7 7,1

S18 MI 24,8 18,5 14,9 9,4 6,6 4,9 MD 31,4 23,4 18,8 11,8 8,4 6,2

S19 MI 44,3 28,2 21,0 12,0 8,3 6,1 MD 34,9 22,3 16,6 9,5 6,5 4,8

S20 MI 29,8 17,5 12,7 7,0 4,8 3,5 MD 27,3 16,1 11,6 6,4 4,4 3,2

S21 MI 45,9 31,6 24,3 14,5 10,1 7,5 MD 56,4 38,8 29,9 17,9 12,5 9,2

S22 MI 38,7 27,6 21,7 13,2 9,3 6,9 MD 44,6 31,9 25,0 15,3 10,7 8,0

S23 MI 15,0 10,0 7,6 4,5 3,1 2,3 MD 14,0 9,3 7,1 4,2 2,9 2,1


13

Tabla 5.- Características texturales de las series básicas de suelos en el Sistema Hidrológico del Aº Ludueña.

SerieArcilla

(%)Arena

(%)Limo(%)

MO(%)

Monte Flores (MF) 54,6 2,6 40,8 2,0 Gelly (Ge) 41,3 4,6 51,1 3,0 Zavalla (Za) 55,6 2,0 40,4 2,0 Peyrano (Py) 49,6 4,3 43,1 3,0 Roldán (Rd) 50,7 2,2 45,1 2,0

Tabla 6.- Valores estimados de erosión actual y potencial por subcuencas en el Sistema Hidrológico Aº Ludueña.

Erosión superficial actual Erosión superficial potencialSB Fi Ai Aí SYi SYí Ai Aí SYi SYí

( i ) (km2) (T/km2/año) (T/año) (T/km2/año) (T/año) (T/km2/año) (T/año) (T/km2/año) (T/año)

1 40,5 38,6 1562,4 11,4 462,3 3214,8 130200,7 951,3 38528,2

2 25,7 55,5 1425,4 17,4 446,5 3081,3 79189,7 965,1 24804,2

3 26,3 62,9 1653,9 19,6 516,5 2517,7 66215,1 786,3 20680,5

4 6,8 47,7 324,1 17,6 119,9 2844,1 19339,6 1051,9 7152,9

5 19 130,4 2477,7 42,4 806,0 2215,1 42086,2 720,5 13689,7

6 18,8 154,2 2898,7 50,2 944,1 2458,0 46210,7 800,6 15051,2

7 29,9 198,7 5941,8 61,1 1826,2 2265,1 67726,9 696,2 20816,1

8 46,2 176,8 8168,9 51,5 2377,8 2640,2 121977,4 768,5 35505,6

9 9,4 45,9 431,5 16,3 153,2 2738,7 25743,7 972,7 9143,8

10 25,5 271,4 6920,5 85,1 2169,8 2983,6 76082,6 935,5 23854,2

11 9,4 138,7 1303,9 49,3 463,1 2636,5 24782,8 936,4 8802,5

12 37,8 348,3 13165,7 104,0 3929,7 2946,3 111370,1 879,4 33241,5

13 22,5 250,9 5646,1 79,9 1798,2 2681,0 60321,6 853,8 19210,9

14 21,6 235,3 5081,9 75,3 1626,7 2385,7 51530,2 763,7 16495,0

15 16,6 167,5 2780,9 55,4 919,9 2288,1 37982,4 756,9 12565,1

16 9,2 163,4 1503,6 58,2 535,5 2287,8 21048,0 814,8 7496,1

17 6,4 107,7 689,4 40,1 256,9 2063,2 13204,5 768,9 4920,9

18 10,3 110,4 1137,0 38,8 399,3 2629,4 27083,3 923,3 9510,3

19 10 168,6 1686,3 59,4 594,3 2342,1 23420,8 825,5 8254,7

20 34,8 250,2 8708,4 75,5 2626,3 2575,9 89640,0 776,8 27033,5

21 52,3 183,8 9613,6 52,7 2755,3 2639,5 138044,2 756,5 39564,3

22 12,1 152,6 1846,7 52,5 635,5 2853,9 34531,8 982,2 11884,2

23 16,9 191,4 3233,8 63,2 1067,4 2724,1 46037,4 899,2 15195,8

24 34,7 127,2 4413,0 38,4 1331,3 2912,2 101052,3 878,6 30486,2

25 76,8 188,8 14497,9 51,6 3960,3 3201,7 245886,9 874,6 67168,1

26 68,8 314,7 21650,2 87,2 5996,0 3462,1 238195,8 958,8 65968,0

27 4,8 142,9 685,9 55,2 265,0 2348,9 11274,6 907,4 4355,6

28 23,9 136,9 3272,4 43,3 1034,3 2845,9 68016,4 899,5 21498,7


14

Figura 3.- Balance medio anual de sedimentos en el Sistema Hidrológico del Aº Ludueña considerando erosión actual.

Erosión(Prod. bruta)81560 T/año

Deposicióninterna

63640 T/añoErosión

(Prod. neta)17920 T/año

PresaDeposición

presa4480 T/año

Cuenca Ludueña


Deposicióninterna

37840 T/año

Erosión(Prod. neta)11760 T/año

Cuenca Ibarlucea

Salida presa13440 T/año

Erosión(Prod. bruta: 1560 T/año)(Prod. neta: 460 T/año)

Av. Circunvalación

Ingreso zonaentubamiento25660 T/año

Deposiciónzona entubamiento

5130 T/año(Observada: 4380 T/año)

Río Paraná

IngresoRío Paraná

20530 T/año


15

Figura 4.- Balance medio anual de sedimentos en el Sistema Hidrológico del Aº Ludueña considerando riesgo de erosiónpotencial.

Erosión(Prod. bruta)

1143000 T/año

Deposicióninterna

891900 T/añoErosión

(Prod. neta)251100 T/año

PresaDeposición

presa62780 T/año

Cuenca Ludueña

Deposicióninterna

568300 T/año

Erosión(Prod. neta)

176700 T/año

Cuenca Ibarlucea

Salida presa188320 T/año

Erosión(Prod. bruta: 130200 T/año)(Prod. neta: 38530 T/año)

Av. Circunvalación

Ingreso zonaentubamiento403550 T/año

Deposiciónzona entubamiento

80710 T/año

Río Paraná

IngresoRío Paraná

322840 T/año


EVALUACIÓN DE ROCESOS DE EROSIÓN/SEDIMENTACIÓN EN EL...

Documents

Transcript of EVALUACIÓN DE ROCESOS DE EROSIÓN/SEDIMENTACIÓN EN EL...